La 21-an de aŭgusto, Profesoro MA Cheng de la Universitato de Scienco kaj Teknologio de Ĉinio (USTC) kaj liaj kunlaborantoj proponis efikan strategion por trakti la problemon de kontakto inter elektrodoj kaj elektrolitoj, kiu limigas la disvolviĝon de la sekvaj generacioj de solidstataj litiaj baterioj. La solida-solida kompozita elektrodo kreita tiel montris esceptajn kapacitojn kaj rapidajn rezultojn.
Anstataŭigi la organikan likvan elektroliton en konvenciaj litio-jonaj baterioj per solidaj elektrolitoj povas multe mildigi la sekurecajn problemojn, kaj eble rompi la "vitran plafonon" por plibonigi energidensecon. Tamen, ĉefaj elektrodmaterialoj ankaŭ estas solidaj. Ĉar la kontakto inter du solidoj preskaŭ ne eblas tiel intima kiel tiu inter solido kaj likvaĵo, nuntempe la baterioj bazitaj sur solidaj elektrolitoj tipe montras malbonan elektrodo-elektrolitan kontakton kaj nekontentigajn plenĉelajn funkciadojn.
“La problemo de kontakto inter elektrodoj kaj elektrolitoj en solidstataj baterioj estas iom simila al la plej mallonga stango de ligna barelo,” diris profesoro MA Cheng de USTC, la ĉefa aŭtoro de la studo. “Fakte, dum ĉi tiuj jaroj esploristoj jam evoluigis multajn bonegajn elektrodojn kaj solidajn elektrolitojn, sed la malbona kontakto inter ili ankoraŭ limigas la efikecon de litio-jona transporto.”
Bonŝance, la strategio de MA eble superos ĉi tiun imponan defion. La studo komenciĝis per atomo-post-atoma ekzameno de malpuraĵa fazo en prototipa, perovskit-strukturita solida elektrolito. Kvankam la kristala strukturo multe diferencis inter la malpuraĵo kaj la solida elektrolito, oni observis, ke ili formas epitaksiajn interfacojn. Post serio de detalaj strukturaj kaj kemiaj analizoj, esploristoj malkovris, ke la malpuraĵa fazo estas izostruktura kun la alt-kapacitaj Li-riĉaj tavoligitaj elektrodoj. Tio estas, prototipa solida elektrolito povas kristaliĝi sur la "ŝablono" formita de la atomkadro de alt-efikeca elektrodo, rezultante en atome intimajn interfacojn.
“Ĉi tio estas vere surprizo,” diris la unua aŭtoro LI Fuzhen, kiu nuntempe estas diplomiĝinto de USTC. “La ĉeesto de malpuraĵoj en la materialo estas fakte tre ofta fenomeno, tiel ofta, ke plej ofte ili estos ignorataj. Tamen, post proksima ekzameno de ili, ni malkovris ĉi tiun neatenditan epitaksian konduton, kaj ĝi rekte inspiris nian strategion por plibonigi la solid-solida kontakton.”
Kompare kun la ofte uzata malvarmprema metodo, la strategio proponita de la esploristoj povas realigi detalan, senjuntan kontakton inter solidaj elektrolitoj kaj elektrodoj je la atomskalo, kiel reflektite en la atom-rezolucia elektronmikroskopia bildo. (Provizita de la teamo de MA.)
Profitante la observitan fenomenon, la esploristoj intence kristaligis la amorfan pulvoron kun la sama konsisto kiel la perovskit-struktura solida elektrolito sur la surfaco de Li-riĉa tavoligita kombinaĵo, kaj sukcese realigis detalan, senjuntan kontakton inter ĉi tiuj du solidaj materialoj en kompozita elektrodo. Solvinte la problemon de elektrodo-elektrolita kontakto, tia solid-solida kompozita elektrodo liveris rapidokapablon eĉ kompareblan al tiu de solid-likva kompozita elektrodo. Pli grave, la esploristoj ankaŭ trovis, ke ĉi tiu tipo de epitaksa solid-solida kontakto povas toleri grandajn misagordojn de la krado, kaj tial la strategio, kiun ili proponis, povus ankaŭ esti aplikebla al multaj aliaj perovskitaj solidaj elektrolitoj kaj tavoligitaj elektrodoj.
“Ĉi tiu laboro montris direkton, kiun valoras sekvi,” diris MA. “Apliki la principon ĉi tie levita al aliaj gravaj materialoj povus konduki al eĉ pli bonaj ĉelaj funkciadoj kaj pli interesa scienco. Ni antaŭĝojas pri tio.”
La esploristoj intencas daŭrigi sian esploradon en ĉi tiu direkto, kaj apliki la proponitan strategion al aliaj altkapacitaj, altpotencialaj katodoj.
La studo estis publikigita en Matter, ĉefa revuo de Cell Press, titolita "Atome Intima Kontakto inter Solidaj Elektrolitoj kaj Elektrodoj por Li-Baterioj". La unua aŭtoro estas LI Fuzhen, diplomiĝinto de USTC. Inter la kunlaborantoj de Profesoro MA Cheng estas Profesoro NAN Ce-Wen de la Universitato Tsinghua kaj Doktoro ZHOU Lin de la Laboratorio Ames.
(Lernejo de Kemio kaj Materialaj Sciencoj)
Ligilo al la artikolo: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Afiŝtempo: 3-a de junio 2019